关于压力容器法兰的影响因素及分类的问题

压力容器法兰是石化工业中使用较广泛的设备，是石化工业的主要生产工具之一。由于工艺要求和设备内件安装、检修的需要，压力容器法兰按法兰环的连接情况划分为：整体法兰、活套法兰和任意式法兰。我国较常用的JB/T4701—4703标准压力容器法兰共有3种类型：甲型平焊法兰、乙型平焊法兰和长颈对焊法兰，其中甲型、乙型平焊法兰都属于任意式法兰。法兰及其垫片、紧固件统称为法兰接头，法兰接头是工程设计中使用极为普遍、涉及面非常广泛的一种零部件，也是工程设计及使用过程中容易出现问题的关键部位。法兰接头设计是压力容器设计中的重要内容之一。在选用标准甲型法兰和计算非标甲型法兰时，设计人员选用材料不合理的现象比较严重，采用乙型平焊法兰甚至长颈对焊法兰代替甲型平焊法兰的情况也较多，造成不需要的浪费。因此，有需要针对常用甲型平焊法兰的选用和计算进行探讨。

一、简述影响压力容器法兰的密封因素分为以下几点：

（1）法兰密封面特征：法兰密封面的型式和表面性能对密封效果的影响起到至关重要的作用。工况要求较严格的场合应采用凹凸面和榫槽面。法兰密封面的平面度、密封面与法兰中心线和垂直度直接影响到垫片的受力均匀程度和垫片与法兰的良好接触。法兰密封面的表面粗糙度应与垫片的要求相适应，表面不允许有径向刀痕或划痕，较不允许存在表面裂纹。

（2）螺栓预紧力：适当的预紧力可垫片在工作时还可保留相应的密封比压，预紧力过大则会把垫片压坏或挤出，从而破坏密封。预紧力在垫片上的分布也影响密封性能，预紧力分布均匀的方法是在满足紧固和拆卸螺栓所需空间的情况下，增加螺栓个数。

（3）法兰刚度：刚度不足会使法兰产生过大翘曲变形，导致密封失效。影响法兰刚度的因素很多，其中增加法兰厚度，增法兰外径等方法都可提高法兰刚度，减小变形，使螺栓力均匀传递给垫片，获得均匀和足够的密封比压，同时可提高密封性。减小螺栓力作用的力臂，能减少法兰承受的弯矩，有利于密封。

（4）垫片密封性能：垫片是构成密封的重要元件。合适的垫片材料，要体现垫片在适当的预紧力作用下既能产生需要的弹性变形，又不致被压坏或挤出。工作时法兰密封面间的距离被拉大，垫片材料又应具有足够的回弹能力，使垫片表面与法兰面紧密接触，以继续保持良好的密封性能。

（5）操作条件：操作温度、压力和介质的化学物理性能也影响到法兰连接的性。温度，介质黏度变小，泄漏的倾向性增大；高温使介质化学和物理活性加大，产生对垫片和法兰的腐蚀和溶解；高溫还可使螵栓、法兰和垫片发生蠕变和应力松弛。

二、概括压力容器法兰的两种分类：

（1）平焊法兰：乙型法兰带有一个短筒体，因此刚性较甲型法兰好，可用于压力较高，直径较大的场合；焊缝形式：甲型为V型坡口，乙型为U型坡口，因此乙型较易焊透，故其强度和刚度较高。

（2）对焊法兰：由于有长颈，并采用对焊，故刚性较好，适用于压力较高的场合。

压力容器法兰工作原理是当对法兰螺栓施加预紧力时，螵栓力通过法兰环把垫片压紧，迫使法兰垫片产生压缩变形。当螵栓力达到相应数值后，迫使法兰密封面和垫片上的四凸不平面借助垫片变形而填满，这就为阻止流体介质泄漏创造了初始密封条件。此时垫片单位密封面积上的压紧力称为垫片的初始密封比压。当设备或管道承受介质压力后，螺栓受到拉伸应力而伸长，法兰密封面沿着彼此分离的方向移动，密封面与垫片之间的压紧力下降，垫片的压缩量减少，预紧密封比压下降。如果这时密封垫片具有足够的回弹能力，垫片的变形能补偿螺栓和密封面的分离值，而使预紧密封比压只下降到不小于工作密封比压，则法兰依然保持良好的密封状态。反之，如垫片的回弹能力不足，密封比压下降到工作密封比压以下，甚至密封口重新出现缝隙，则密封失效。